Gegrabene BrunnenBearbeiten
Bis in die letzten Jahrhunderte waren alle künstlichen Brunnen pumpenlose, von Hand gegrabene Brunnen von unterschiedlichem Entwicklungsstand, und sie sind in einigen ländlichen Entwicklungsgebieten, in denen sie heute routinemäßig gegraben und benutzt werden, nach wie vor eine sehr wichtige Trinkwasserquelle. Ihre Unentbehrlichkeit hat zu einer Reihe von literarischen Verweisen auf sie geführt, sowohl im wörtlichen als auch im übertragenen Sinne, einschließlich des Verweises auf die Begegnung Jesu mit einer Frau am Jakobsbrunnen (Johannes 4,6) in der Bibel und des Kinderliedes „Ding Dong Bell“ über eine Katze im Brunnen.
Handgegrabene Brunnen sind Ausgrabungen mit einem Durchmesser, der groß genug ist, um eine oder mehrere Personen mit Schaufeln unterzubringen, die bis unter den Grundwasserspiegel graben. Die Baugrube wird horizontal abgestützt, um zu verhindern, dass Erdrutsche oder Erosion die grabenden Personen gefährden. Sie können mit verlegten Steinen oder Ziegeln ausgekleidet werden; wenn diese Auskleidung nach oben über die Bodenoberfläche hinausragt, um eine Mauer um den Brunnen zu bilden, werden sowohl Verunreinigungen als auch Verletzungen durch Stürze in den Brunnen vermieden. Eine modernere Methode namens Caissoning verwendet vorgefertigte Brunnenringe aus Stahlbeton oder einfachem Beton, die in das Loch gesenkt werden. Ein Brunnenbau-Team gräbt unter einem Schneidring, und die Brunnensäule sinkt langsam in den Grundwasserleiter ab, während das Team vor dem Einsturz des Bohrlochs geschützt ist.
Handgegrabene Brunnen sind kostengünstig und technisch anspruchslos (im Vergleich zu Bohrungen), da sie hauptsächlich Handarbeit erfordern, um in ländlichen Gebieten in Entwicklungsländern Grundwasser zu erschließen. Sie können mit einem hohen Maß an kommunaler Beteiligung oder von lokalen Unternehmern, die sich auf handgegrabene Brunnen spezialisiert haben, gebaut werden. Sie wurden erfolgreich bis zu 60 Meter tief gegraben. Die Betriebs- und Wartungskosten sind gering, unter anderem weil das Wasser ohne Pumpe mit der Hand entnommen werden kann. Das Wasser stammt häufig aus einem Grundwasserleiter oder Grundwasser und kann leicht vertieft werden, was bei einem Absinken des Grundwasserspiegels erforderlich sein kann, indem die Auskleidung weiter in den Grundwasserleiter hineingeschoben wird. Die Ergiebigkeit bestehender handgegrabener Brunnen kann durch Vertiefung oder Einführung von vertikalen Tunneln oder perforierten Rohren verbessert werden.
Die Nachteile handgegrabener Brunnen sind zahlreich. In Gebieten mit hartem Gestein kann es unpraktisch sein, Brunnen von Hand zu graben, und selbst in günstigen Gebieten kann es zeitaufwendig sein, sie zu graben und auszulegen. Da sie oberflächennahe Grundwasserleiter nutzen, kann der Brunnen für Ertragsschwankungen und mögliche Verunreinigungen durch Oberflächenwasser, einschließlich Abwasser, anfällig sein. Der Bau von handgegrabenen Brunnen erfordert in der Regel den Einsatz eines gut ausgebildeten Bauteams, und die Investitionskosten für Ausrüstungen wie Betonringformen, schweres Hebegerät, Brunnenschachtschalungen, motorisierte Entwässerungspumpen und Treibstoff können für Menschen in Entwicklungsländern sehr hoch sein. Der Bau von handgegrabenen Brunnen kann wegen des Einsturzes der Brunnenbohrung, herabfallender Gegenstände und Erstickungsgefahr, auch durch die Abgase der Entwässerungspumpe, gefährlich sein.
Der Woodingdean Water Well, der zwischen 1858 und 1862 von Hand gegraben wurde, ist mit 392 Metern der tiefste von Hand gegrabene Brunnen. Der Big Well in Greensburg, Kansas, wird mit einer Tiefe von 33 m (109 Fuß) und einem Durchmesser von 9,8 m (32 Fuß) als der größte von Hand gegrabene Brunnen der Welt bezeichnet. Allerdings sind der Josephsbrunnen in der Zitadelle von Kairo mit einer Tiefe von 85 m und der Pozzo di S. Patrizio (St. Patrizio-Brunnen), der 1527 in Orvieto, Italien, gebaut wurde, mit einer Tiefe von 61 m und einer Breite von 13 m volumenmäßig größer.
VortriebsbrunnenBearbeiten
Vortriebsbrunnen können sehr einfach in unverfestigtem Material mit einem Brunnenbauwerk erstellt werden, das aus einer gehärteten Vortriebsspitze und einem Sieb (perforiertes Rohr) besteht. Die Spitze wird einfach in den Boden gerammt, in der Regel mit einem Dreibein und einem Bohrer, und je nach Bedarf mit Rohrstücken ergänzt. Der Treiber ist ein beschwertes Rohr, das über das vorzutreibende Rohr gleitet und immer wieder auf dieses fallen gelassen wird. Wenn Grundwasser angetroffen wird, wird der Brunnen von Sedimenten befreit und eine Pumpe installiert.
Gebohrte BrunnenBearbeiten
Gebohrte Brunnen werden in der Regel mit Drehbohrmaschinen, Tischdrehbohrmaschinen oder Seilzugbohrmaschinen erstellt, die alle Bohrstangen verwenden, die gedreht werden, um eine Schneidwirkung in der Formation zu erzeugen, daher der Begriff Bohren.
Gebohrte Bohrlöcher können durch einfache Handbohrverfahren (Schneckenbohren, Schlämmen, Jetten, Rammen, Handschlag) oder durch Maschinenbohren (Drehbohren, Schlagbohren, Bohrhammer) ausgehoben werden. Am weitesten verbreitet ist das Tiefbohrverfahren. Rotationsbohrungen können in 90 % aller Gesteinsformationen eingesetzt werden.
Bohrbrunnen können Wasser aus einer viel tieferen Ebene fördern als gegrabene Brunnen – oft bis zu mehreren hundert Metern Tiefe.
Bohrbrunnen mit elektrischen Pumpen werden überall auf der Welt eingesetzt, in der Regel in ländlichen oder dünn besiedelten Gebieten, obwohl viele städtische Gebiete teilweise durch kommunale Brunnen versorgt werden. Die meisten Flachbrunnenbohrmaschinen sind auf großen Lastwagen, Anhängern oder Raupenfahrzeugen montiert. Wasserbrunnen sind in der Regel zwischen 3 und 18 m tief, können aber in manchen Gebieten auch tiefer als 900 m reichen.
Drehbohrmaschinen verwenden ein segmentiertes Stahlbohrgestänge, das in der Regel aus 6 m langen Abschnitten verzinkter Stahlrohre besteht, die zusammengeschraubt werden und an deren unterem Ende sich ein Bohrer oder eine andere Bohrvorrichtung befindet. Einige Drehbohrmaschinen sind so konzipiert, dass sie in Verbindung mit dem Bohren des eigentlichen Bohrlochs eine Stahlverrohrung in das Bohrloch einbringen (durch Rammen oder Bohren). Zur Verdrängung des Bohrguts und zur Kühlung der Bohrer während des Bohrvorgangs wird Luft und/oder Wasser als Umlaufflüssigkeit verwendet. Bei einer anderen Form des Drehbohrens, dem so genannten Spülungsbohren, wird eine speziell hergestellte Spülung oder Bohrflüssigkeit verwendet, die während des Bohrens ständig verändert wird, so dass sie stets genügend hydraulischen Druck erzeugen kann, um die Seitenwände des Bohrlochs offen zu halten, unabhängig vom Vorhandensein eines Gehäuses im Bohrloch. In der Regel werden Bohrlöcher, die in festes Gestein gebohrt werden, erst nach Abschluss des Bohrvorgangs verrohrt, unabhängig von den verwendeten Maschinen.
Die älteste Form von Bohrmaschinen ist das Seilwerkzeug, das auch heute noch verwendet wird. Es wurde speziell für das Heben und Senken eines Meißels in das Bohrloch entwickelt, wobei der Meißel durch das Spritzen des Bohrers auf den Boden des Lochs gehoben und fallen gelassen wird, und die Konstruktion des Seils bewirkt, dass sich der Meißel mit etwa 1⁄4 Umdrehung pro Fall dreht, wodurch eine Bohrwirkung entsteht. Im Gegensatz zum Drehbohren muss beim Seilbohrverfahren die Bohrung gestoppt werden, damit das Bohrloch von Bohrklein befreit werden kann.
Gebohrte Bohrlöcher werden in der Regel mit einem werkseitig hergestellten Rohr verrohrt, in der Regel aus Stahl (beim Luftdreh- oder Seilbohrverfahren) oder aus Kunststoff/PVC (bei Spülungsbohrungen, die auch bei Bohrungen in festem Gestein vorkommen). Die Verrohrung wird durch chemisches oder thermisches Zusammenschweißen von Rohrsegmenten hergestellt. Wenn die Verrohrung während des Bohrens installiert wird, treiben die meisten Bohrgeräte die Verrohrung in den Boden, während das Bohrloch voranschreitet, während einige neuere Maschinen es sogar ermöglichen, die Verrohrung zu drehen und in die Formation auf ähnliche Weise zu bohren, wie der Bohrer, der gerade darunter vorrückt. Die PVC- oder Kunststoffrohre werden in der Regel verschweißt und dann in das Bohrloch abgesenkt, wobei die Enden vertikal gestapelt und entweder verklebt oder miteinander verbunden werden. Die Abschnitte der Verrohrung sind in der Regel mindestens 6 m lang und haben einen Durchmesser von 15 bis 30 cm, je nach Verwendungszweck des Bohrlochs und den örtlichen Grundwasserverhältnissen.
Die Kontamination der Oberfläche von Bohrlöchern in den Vereinigten Staaten wird in der Regel durch eine Oberflächenabdichtung kontrolliert. Ein großes Loch wird bis zu einer bestimmten Tiefe oder bis zu einer begrenzenden Formation (z. B. Lehm oder Grundgestein) gebohrt, und dann wird ein kleineres Loch für den Brunnen von diesem Punkt an fertiggestellt. Das Bohrloch wird in der Regel von der Oberfläche bis hinunter in das kleinere Loch mit einer Verrohrung versehen, die den gleichen Durchmesser wie das Loch hat. Der Ringraum zwischen dem großen Bohrloch und der kleineren Verrohrung wird mit Bentonitton, Beton oder einem anderen Dichtungsmaterial gefüllt. Dadurch entsteht eine undurchlässige Dichtung von der Oberfläche bis zur nächsten begrenzenden Schicht, die verhindert, dass Verunreinigungen an den äußeren Seitenwänden der Verrohrung oder des Bohrlochs hinunter und in den Grundwasserleiter gelangen. Außerdem werden die Brunnen in der Regel mit einer technischen Brunnenkappe oder einer Dichtung verschlossen, die die Luft durch ein Sieb in den Brunnen entlässt, aber Insekten, Kleintiere und unbefugte Personen am Zugang zum Brunnen hindert.
Am Boden der Brunnen wird je nach Formation eine Siebvorrichtung, ein Filterpaket, eine geschlitzte Verkleidung oder ein offenes Bohrloch belassen, um den Wasserfluss in den Brunnen zu ermöglichen. Konstruierte Siebe werden in der Regel in nicht verfestigten Formationen (Sande, Kiese usw.) verwendet, so dass Wasser und ein Teil der Formation durch das Sieb fließen können. Dadurch, dass ein Teil des Materials durchgelassen wird, entsteht ein großflächiger Filter, der den Rest der Formation herausfiltert, da die Menge des Materials, das in den Brunnen gelangen kann, langsam abnimmt und aus dem Brunnen entfernt wird. Gesteinsbohrungen werden in der Regel mit einer PVC-Auskleidung und einem Sieb oder einer geschlitzten Verrohrung am Boden verschlossen, um zu verhindern, dass Gestein in die Pumpe gelangt. Bei einigen Brunnen wird eine Filterpackungsmethode verwendet, bei der ein unterdimensioniertes Sieb oder eine geschlitzte Verkleidung in den Brunnen eingebracht und ein Filtermedium um das Sieb herum zwischen dem Sieb und dem Bohrloch oder der Verkleidung gepackt wird. Auf diese Weise kann das Wasser von unerwünschten Stoffen gefiltert werden, bevor es in den Brunnen und die Pumpzone gelangt.
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Ein automatisches Brunnensystem, das von einer Jet-Pumpe
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Ein automatisches Wasserbrunnensystem, das von einer Tauchpumpe angetrieben wird
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Ein Wasserbrunnensystem mit einer Zisterne
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Ein Wasserbrunnensystem mit einer Druckzisterne
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Ein Teil eines Edelstahlsiebbrunnens